船舶基礎(chǔ)知識(shí)

1、第一章 船舶基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 船舶形狀 一、船舶尺度 n1.船舶主要尺度 船舶作為一種外形龐大的工業(yè)產(chǎn)品，一個(gè)復(fù)雜的空間 幾何體，它的大小也用尺寸標(biāo)注來表示，如同某些產(chǎn) 品標(biāo)注其外形尺寸一樣，這些表征船舶大小的尺寸稱 為船舶的主要尺度。 鋼質(zhì)船體的內(nèi)表面稱為船體的型表面，凡是量到型表 面的尺寸稱為型尺寸 鋼質(zhì)船舶的主要尺度通常都是指的型尺寸。 n總長LOA 船體型表面首尾兩端點(diǎn)之間的水平距 離； n設(shè)計(jì)水線長LWL 設(shè)計(jì)水線面上船體型表面首尾 端點(diǎn)之間的距離；也稱滿載水線長，是沿設(shè)計(jì)夏 季載重水線自船首垂線至船尾端點(diǎn)的距離 n垂線間長Lpp 首垂線和尾垂線之間的水平距離， 又稱兩柱間長；首垂線

2、是通過設(shè)計(jì)水線首部端點(diǎn) 所作的垂線。尾垂線在有舵柱時(shí)為舵柱后緣，無 舵柱時(shí)為舵桿中心線； n型寬（B）船體型表面之間垂直于中線面的最 大水平距離； n型深（ D、H）通常指在中站面處，沿舷側(cè)自 龍骨線量至上甲板邊線的垂直高度； n型吃水（ T ）通常指在中站面處，自龍骨線量 至設(shè)計(jì)吃水的垂直距離。在船長中點(diǎn)處從平板龍 骨上緣至夏季載重水線的垂直距 n干舷(F)在船長中點(diǎn)處，沿舷側(cè)自夏季載重水線 量至上層連續(xù)甲板邊線的垂直距離， 2.主尺度比值 n從船舶主尺度的比值可以看出船舶長短肥瘦的形 狀特征，它還反映出船舶某些航海性能的好壞和 船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱。主尺度比有以下幾種。 n（1）長度寬度比 L

3、/ B 該值對(duì)船舶快速性影響較大。L/B值大表示船體狹長， 阻力較小而航速較高。 n( 2 ）型寬吃水比 B / T 該值與船舶的穩(wěn)性、阻力關(guān)系比較大。 B/T越大，穩(wěn)性 越好，但阻力也較大。 B / T過大時(shí)容易造成過快的搖 擺，不利于船上人員的生活和工作。 n（4）型深吃水比 D / T 該值影響船舶大角度橫傾時(shí)的穩(wěn)性和抗沉性。 D / T 大船的儲(chǔ)備浮力大，對(duì)提高大傾角穩(wěn)性和 抗沉性有利。 n（5）長度型深比 L / D 該值影響船舶的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度， L / D越小，則縱總 強(qiáng)度越好。不同用途不同類型的船舶都有其相 應(yīng)的主尺度比值。 二、船體型線圖基本知識(shí) n1.標(biāo)高投影與平行剖切 2.三個(gè)

4、基本投影面 n船體型線圖中的三個(gè)基本投影面如圖 所示。 n中線面（中縱剖面）將船體分為左右對(duì)稱兩部分的縱向垂直平面。 n設(shè)計(jì)水線水平面通過設(shè)計(jì)吃水，將船體分為水上和水下兩部分的水平面。 n中站面（中橫剖面）通過船舶垂線間長中點(diǎn)，將船體分為前體和后體兩部分 的橫向垂直平面。 n中線面、設(shè)計(jì)水線水平面和中站面是三個(gè)互相垂直的平面，它們?cè)诖w圖中 的作用，相當(dāng)于機(jī)械圖中的正投影面、水平投影面和側(cè)投影面。船體型線圖 就是投影在這三個(gè)基本投影面上的三組平行剖切面圖。 n船體型線圖就是用一系列平行于三個(gè)基本 投影面的平面去剖切船體，將這些平面與 船體型表面的交線投影到三個(gè)基本投影面 上得到的。 n3.型線

5、的形成及其投影 n圖 為船體型線的示意圖，僅取首部一般船 體加以說明。 船體型線圖 第二節(jié) 船舶航行性能 一、概述 n通常，船舶航行性能包括以下六個(gè)方面： （1）浮性 ； （2）穩(wěn)性 ； （3）抗沉性 ； （4 ）快速性 ； （ 5 ）耐波性 ； （ 6 ）操縱性 。 二、浮性 n1、浮性 船舶在一定裝載情況下，在水 中具有以正常浮態(tài)漂浮的能力 n2、浮心 浮力垂直向上，作用于船舶排水體 積的幾何中心B，我們稱該點(diǎn)為浮心。 3、平衡狀態(tài)： 1）重力和浮力大小相等，方向相反； 2）重心 G 和浮心B 在同一垂線 4、儲(chǔ)備浮力、儲(chǔ)備浮力 在設(shè)計(jì)水線（滿載水線）以上的船體還保留 有一定的水密體積。這

6、部分水密體積所具有 的浮力稱為儲(chǔ)備浮力。 船舶的儲(chǔ)備浮力通常用干舷表示，干舷大儲(chǔ) 備浮力就大。 船舶必須具備最低限度的干舷值以確保航行 安全。航行于不同水域的各類船舶必須具有 的最小干舷值，國際和我國都在有關(guān)規(guī)范中 作了明確規(guī)定。 5、區(qū)帶或區(qū)域 n為保證船舶的航行安全和最大的載重能力，根據(jù)海洋上風(fēng) 浪的大小和變化規(guī)律，將世界上具有相似風(fēng)浪條件的海域 分成若干區(qū)域，稱為區(qū)帶或區(qū)域； n在同一區(qū)域或區(qū)帶內(nèi)，按風(fēng)浪變化的不同時(shí)期，劃分為季 節(jié)區(qū)帶，此種季節(jié)區(qū)帶，稱為季節(jié)期。如分為熱帶、夏季、 冬季、北大西洋冬季。船舶航行在不同的區(qū)帶、區(qū)域和季 節(jié)區(qū)帶、季節(jié)區(qū)域、分別規(guī)定使用不同的最小干舷，即規(guī) 定

7、了最高的吃水線。 n在不同的季節(jié)和海域，海上風(fēng)浪情況不同，允許具有不同 的干舷。通常在夏季，在熱帶海域因風(fēng)浪較小，干舷可相 應(yīng)地減?。欢诙?，特別是在北大西洋冬季，因風(fēng)浪較 大，要求有較大的干舷。海船航行到淡水區(qū)域，由于淡水 的密度比海水小，在同樣載重情況下，其排水體積和吃水 都相應(yīng)地有所增加，所以允許干舷可相應(yīng)地減少。 夏季吃水線 冬季吃水線 熱帶吃水線 北大西洋吃水線 夏季淡水吃水線 熱季淡水吃水線 載重線圈 三、穩(wěn)性 n穩(wěn)性 船舶在外力作用下偏離正浮位置而傾斜， 當(dāng)外力消失后能自行恢復(fù)到正浮位置而不傾覆的 能力； n船舶因受外力作用發(fā)生橫傾時(shí)，船舶排水體積的 形狀就會(huì)改變，這一體積的形

8、心-浮心的位置也隨 之發(fā)生變化 n重力和浮力方向相反，而它們的作用點(diǎn)不再在一 條垂線上，這兩個(gè)大小相等方向相反而作用點(diǎn)不 在一條垂直線上的力就構(gòu)成一個(gè)力矩，我們稱這 力矩為回復(fù)力矩。 穩(wěn)心 初穩(wěn)性高度GM n穩(wěn)心：把傾斜前后浮力作用線的交點(diǎn) M 稱為穩(wěn)心 （在這里是指橫穩(wěn)心）， n初穩(wěn)性高度：把穩(wěn)心和重心之間的距離 GM 稱為 初穩(wěn)性高度，該值是船舶穩(wěn)性的衡量標(biāo)準(zhǔn)。 n決定穩(wěn)心位置的主要因素：重心 G 的位置、浮心 B 的位置 船舶重量的分布影響重心 G 的位置 船舶排水體積的形狀影響浮心 B 的位置 n由此可能出現(xiàn)以下三種情況： ( 1)穩(wěn)心 M 在重心 G 之上，回復(fù)力矩為正值，船舶傾 斜

9、后將被扶正； ( 2 ) M 點(diǎn)在 G 點(diǎn)之下，回復(fù)力矩為負(fù)值，船舶將繼續(xù) 傾斜直至傾覆； ( 3 ) M 點(diǎn)和 G 點(diǎn)重合，回復(fù)力矩為零，船舶停留傾斜 位置，但在外力作用下可能繼續(xù)傾斜直至傾覆。 n保證船舶穩(wěn)性的措施 (1)降低船舶重心G 使船上設(shè)備和負(fù)載盡可能布置在較 低的位置。上層建筑不過于龐大-壓載則是經(jīng)常采用的 方法，尤其在船舶空載航行時(shí)。 (2)提高橫穩(wěn)心M 它與船舶橫傾后浮心水平移動(dòng)的距離 有密切關(guān)系。M點(diǎn)的高度決定于船體的形狀，尤其是水 下部分的形狀。 n必須注意的是船舶是集各種性能的工程建筑物， 在保證初穩(wěn)性的同時(shí)，也要兼顧其他性能，即穩(wěn) 心不能太高，亦即GM值不能過分地大，

10、否則船舶 將像玩具不倒翁那樣，劇烈搖擺 四、抗沉性 n抗沉性 船舶在局部破損浸水后，仍能保 持一定的浮態(tài)和穩(wěn)性而不致沉沒的能力 n在復(fù)雜的海洋環(huán)境中航行的船舶，局部損 壞進(jìn)水是難以完全避免的，船舶在這種情況 下如何避免沉沒，這是抗沉性所要討論的問 題。 n泰坦尼克號(hào)和冰山相撞后，船殼被撕開 100 多米長的破洞，造成首部 5 個(gè)艙淹水而 終于沉沒。 n抗沉性規(guī)范 （1）設(shè)定安全限界線 極限海損水線:76mm （2）對(duì)船艙長度的限制 （3）對(duì)破艙后船舶穩(wěn)性的要求 n一艙不沉制 n兩艙不沉制 n依此類推，海上客船至少應(yīng)滿足一艙不沉制要求。 n提高船舶抗沉性的措施 除按照規(guī)范要合理分艙外，在船舶設(shè)計(jì)

11、時(shí)還采 取一些其他措施以提高抗沉性。 n( 1）增加干舷 n( 2 ）減小吃水 n( 3 ）加大舷弧和使橫剖線上端外傾，或使水線下船 體適當(dāng)瘦削都可以起到相對(duì)增加儲(chǔ)備浮力的作用。 上述措施有時(shí)會(huì)同船舶使用要求或其他性能相 矛盾，需要加以綜合考慮。 五、快速性 n1、快速性 船舶以較小的主機(jī)功率消耗 而獲得較高航速的能力 使船舶在不加大主機(jī)功率的前提下盡可能地提 高航速，這就是快速性所要討論的問題。 經(jīng)濟(jì)性：功率、航速的經(jīng)濟(jì)性 n2、方法： 減小航行阻力 提高推進(jìn)效率。 n3、船舶航行阻力 附體阻力：水下的船體表面常有突出的附屬結(jié)構(gòu)，如舵、軸支架、舭龍骨、 減搖鰭等，航行中也產(chǎn)生阻力，我們把這部

12、分阻力從主船體阻力中分出來， 稱為附體阻力，約占總阻力的 3 一 10 。 裸體阻力：而剩下的主船體水阻力稱為裸體阻力。對(duì)于一般船舶都只計(jì)算 裸體阻力，然后根據(jù)附體的設(shè)置情況增加一個(gè)百分?jǐn)?shù)（ 10 一 25 % ）作 為附體阻力。 2 一 4 左右。 以阻力的性質(zhì)則分為粘性阻力和興波阻力兩種。 粘性阻力粘性阻力 n（1）粘性阻力：水是有一定粘性的，船在 水中運(yùn)動(dòng)，將因粘性而產(chǎn)生阻力，粘性越 大阻力越大 n粘性阻力包括兩部分水阻力 摩擦阻力 形狀阻力。 船體周圍水流的變化 n摩擦阻力：在船體表面和水流之間就因存在相對(duì) 運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦阻力。摩擦力的方向就是該處船 體表面的切線方向。這種切向摩擦力在

13、船長方向 的分力的總合力，就是船舶航行中的總摩擦阻力。 由上述分析可知，摩擦力的大小與水的粘度、船 體浸水面積以及船的航速相關(guān)，是可以比較準(zhǔn)確 地計(jì)算出來的。 不同形狀物體的漩渦阻力 形狀阻力：在邊界層紊流區(qū)的后部，在船體形狀急劇變 化的部位，會(huì)產(chǎn)生水流分離現(xiàn)象。在分離點(diǎn)以后，船體 周圍產(chǎn)生渦漩，渦漩處的壓力比水流未分離時(shí)的壓力低， 就好像對(duì)船體產(chǎn)生一種向后的“吸力”。實(shí)際上正是這 種壓力差在船長方向分力的總合力，造成了航行中的形 狀阻力或稱渦漩阻力。所以稱為形狀阻力，水流的分離 情況或渦漩阻力的大小，主要同水中運(yùn)動(dòng)物體的形狀有 關(guān)。 n( 2 ）興波阻力 n船在水中航行時(shí)，船體使周圍的水壓力

14、發(fā)生變化。原來平 靜的水面有的地方升高，有的地方下陷，不同的水面在重 力和慣性力作用下形成波浪并向外擴(kuò)散傳播。這種由航船 引起的波浪稱為船行波，不同于海洋上由風(fēng)興起的海浪， n船行波的形成需要外界供給能量，這個(gè)能量就是由行駛中 的船舶提供的，相當(dāng)于船舶對(duì)周圍的海水做功使其產(chǎn)生波 浪，這就是船舶航行中的興波阻力。航速是影響興波阻力 的最主要因素，它要消耗主機(jī)相當(dāng)大的功率。 船舶的航行阻力 是隨航速而增加 的。但在不同航 速時(shí)各阻力所占 總阻力的比例變 化是很大時(shí)。興 波阻力成為高速 航行時(shí)的主要阻 力。 n降低阻力的措施： 對(duì)于低速船，主要設(shè)法降低摩擦阻力和形狀阻力 對(duì)高速船則主要考慮降低興波阻

15、力。 n降低摩擦阻力的主要途徑 減少船體水下濕表面積：低速船的船長較短，長寬比 L/B較小。 減小船體表面的粗糙度。改善船用水下漆的性能，更有效地防止 海生物生長附著，減輕鋼板的銹蝕，保持表面的光滑以減小水的 摩擦力。 n減小興波阻力途徑 一個(gè)途徑是通過系列船模試驗(yàn)的方法，研究主尺度、尺度比、船 型系數(shù)等對(duì)興波阻力的影響，從而得到一系列阻力圖譜，利用這 些圖譜可以找到阻力勝能優(yōu)良的船型系數(shù)，設(shè)計(jì)出相對(duì)具有較小 興波阻力的船型。 另一個(gè)途徑是在主船體上加設(shè)附屬體，如裝于船首部兩側(cè)水面的 消波翼。使附體所產(chǎn)生的波和船體產(chǎn)生的波互相疊加、千擾而使 波浪得以削減，從而達(dá)到減小興波阻力的目的。目前應(yīng)用最

16、為普 遍的是設(shè)球鼻首。這是位于船體首端水線以下的凸出體，常見的 有水滴型、圓筒型等不同形狀，大多成球面狀向前凸出，它和船 體連接處以平緩光順的曲線過渡。它的形狀和尺寸經(jīng)過精心的設(shè) 計(jì)，使球鼻首和主船體產(chǎn)生的波浪互相疊加而削減，減小興波阻 力。球鼻首可使航速提高約 0.5kn。 球鼻首 船舶推進(jìn)效率 n凡是能利用各種動(dòng)力源并把它能換成推力 推動(dòng)船前進(jìn)的，都稱為推進(jìn)器。 n采用高效率的推進(jìn)器能提供較大的推力， 它是主機(jī)功率一定而獲得較高航速的主要 途徑 n螺旋槳的效率與直徑、螺距、盤面比、葉 片的切面形狀以及某些附屬設(shè)施有關(guān) 六、耐波性 n耐波性 船舶在波浪中抵抗搖擺，保持穩(wěn)性和航 速的能力 n搖

17、擺造成的不良后果 1.乘員居住條件變壞，影響船員工作，引起暈船嘔吐 2 .劇烈的橫搖使船身橫傾過大，可能導(dǎo)致傾覆。 3 .航行阻力增加，螺旋槳工作條件惡化（負(fù)荷不均勻， 槳葉局部出水），航速下降，燃料消耗增加。 4 .縱搖和垂蕩使首部甲板上 浪，底部出水，船體與水 面砰擊，船體結(jié)構(gòu)振動(dòng)，應(yīng)力增加。 5 .搖擺產(chǎn)生的加速度，特別是砰擊加速度，嚴(yán)重影響 各類設(shè)備、儀器的正常工作。 6. 波浪產(chǎn)生的彎矩和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的附加應(yīng)力可能導(dǎo)致船 體折斷或局部損壞。 7 甲板浸水、影響甲板機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和船員的 工作。 n耐波性好的船舶大體上應(yīng)滿足以下幾方面 的要求 在波浪中的運(yùn)動(dòng)幅度和加速度不大； 運(yùn)動(dòng)比較

18、和緩，乘員可以適應(yīng)； 在風(fēng)浪中失速小，螺旋槳不出水不產(chǎn)生飛車； 沒有嚴(yán)重的船體砰擊和波浪激發(fā)的振動(dòng)； 波浪中附加的動(dòng)力彎矩不致對(duì)船體結(jié)構(gòu)造成損 害； 甲板上浪不嚴(yán)重。 n船舶減搖裝置 1 舭龍骨 2 減搖鰭 3 減搖水艙 4 陀螺減搖裝置 旋轉(zhuǎn)的陀螺有維持其轉(zhuǎn)軸位置不變的 傾向。陀螺減搖裝置就是利用這一原 理起到減搖作用的，抑制船舶橫搖 減搖鰭減搖水艙 七、操縱性 n操縱性 船舶在航行中保持和改變航向， 控制船舶運(yùn)動(dòng)的能力 n在水面或水下航行的船舶，是怎樣控制其 運(yùn)動(dòng)方向的，這就是船舶操縱性所要討論 的問題 n對(duì)船舶而言，操縱性反映在以下兩個(gè)方面： 1 航向穩(wěn)定性： n這是船舶能夠保持既定航向

19、作直線航行的能力。 n以為保持定向航行，單位時(shí)間內(nèi)所需的操舵次數(shù)和平均轉(zhuǎn)舵角 度來衡量船舶航向穩(wěn)定性的優(yōu)劣。 n由校正航向偏差而增加的功率消耗約占主機(jī)功率的 2 -3。 航向穩(wěn)定性較差的船甚至高達(dá) 20 ?？梢姴倏v性對(duì)船舶經(jīng)濟(jì) 性的重要影響。 2 回轉(zhuǎn)性： n這是船舶由直線航行進(jìn)入曲線運(yùn)動(dòng)的能力，也是船舶能迅速靈 活地改變其方向和位置的能力。 n在和時(shí)船作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的直徑稱為穩(wěn)定回 轉(zhuǎn)直徑或定?；剞D(zhuǎn)直徑，它是衡量船舶回轉(zhuǎn)性的指標(biāo)。 小值 越小，船舶回轉(zhuǎn)性越好。 八、船舶其他常用術(shù)語 n船舶噸位 n船舶航速 n續(xù)航力 n自持力 1、船舶噸位 n船舶噸位是用來表示船舶的大小和運(yùn)輸能 力的分為兩種

20、重量噸位 容積噸位 1）重量噸位 n它是以重量的大小來表示船舶的運(yùn)輸能力 的，以“噸”計(jì)算。 n常用的重量噸位有 排水量 載重量 A.排水量 n排水量是指船舶所排開同體積水的重量，即整個(gè) 船的重量。它因載貨的多少而不同，故排水量又 分為： 空船排水量：是指船舶出廠時(shí)空船的排水量，它包括 船體、機(jī)器、鍋爐、設(shè)備、船員及行李等的重量。 滿載排水量：是指船舶滿載時(shí)，即吃水達(dá)到某一規(guī)定 載重線時(shí)的排水量，它包括空船排水量、燃料、淡水、 貨物及船舶常數(shù)的總重量。 實(shí)際排水量：只裝一部分貨物時(shí)的排水量。 n排水量是一個(gè)可變的數(shù)，通常說明一條船的排水 量是滿載排水量。 nB 載重量 n（1）總載重量：船舶根

21、據(jù)載重線標(biāo)志 規(guī)定，所能裝載最大限度的重量，即 總載重量滿載排水量-空船排水量 =貨物重量燃料、淡水和供應(yīng)品的重量船 舶常數(shù) n（2）凈載重量：表示船舶所能裝載最大限 度的貨物重量，即： 凈載重量=總載重量-燃料、淡水及其他供應(yīng)品 的重量-船舶常數(shù) C.水尺圖 n表示吃水的標(biāo)記叫做水尺 n它刻畫在首和尾左右兩側(cè)的 船殼板上（大船還在船中的 左右舷標(biāo)明水尺）-公制和 英制 n如以公制標(biāo)記時(shí)，每個(gè)數(shù)字 高10cm，字與字的間隔也 是10cm n英制的寫法是每字高6英尺， 間隔也是6英尺 n2）船舶的容量量度-噸位tonnage n在航運(yùn)中常以船舶容量代替重量來衡量船的大小。 運(yùn)輸船尤其是貨船的排水

22、量在營運(yùn)過程中變化很 大。在許多情況下載重量也不能確切地表明船舶 的大小。譬如，相同載重量的普通貨船的尺度就 比滾裝船小得多。容量的單位是立方米。 n噸位或登記噸位：對(duì)于國際航行的船舶，國際上 規(guī)定了一個(gè)統(tǒng)一的量度單位，稱為噸位或登記噸 位。 n一個(gè)登記噸位相當(dāng)于 100 立方英尺或 2.83 立方 米。 n船舶登記噸位分總噸位和凈噸位。 na 總噸位（ GT ) 指船上所有封閉的艙室根據(jù)一定的丈 量規(guī)則丈量而得的容積總和。用公制量得除以 2.83 立方 米，用英制量得除以 100 立方英尺，所得結(jié)果即為該船的 總噸位。 n總噸位的用途 是表明船舶的大?。?作為國家統(tǒng)計(jì)船舶噸位的依據(jù)； 作為計(jì)算凈噸位的基礎(chǔ)； 作為汁算海事賠償費(fèi)的基準(zhǔn)。 n b 凈噸位（ NT